lambda 表达式是合法的默认（非类型模板）参数吗？

Question

_{以下所有标准参考均指N4861 (March 2020 post-Prague working draft/C++20 DIS)。}

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背景

在 Q&A Are captureless lambdas structural types? 中明确指出，某些 lambda 表达式具有关联的闭包类型，这些闭包类型是（文字和）结构类型，因此特定的此类闭包类型可以用作非类型模板参数；本质上是将结构类型 lambda 作为非类型模板参数传递。

template<auto v>
constexpr auto identity_v = v;

constexpr auto l1 = [](){};
constexpr auto l2 = identity_v<l1>;

现在，根据[expr.prim.lambda.closure]/1，每个 lambda 表达式的类型是唯一的

[...] 一个unique，未命名的非联合类类型，称为闭包类型 [...]

另一方面，[basic.def.odr]/1 [extract, emphasis mine] 声明

任何翻译单元不得包含超过任何变量、函数、类类型、枚举类型、模板、参数的默认参数（对于给定范围内的函数）的定义，或 默认模板参数。

可能意味着默认模板参数被认为是需要尊重 ODR 的定义。

问题

...这引出了我的问题：

• lambda 表达式是否是合法的默认（非类型模板）参数，如果是，这是否意味着使用这种默认参数的每个实例化都会实例化一个唯一的特化？

（如果接近非法，请同时突出显示：例如，如果超出单个实例化的任何内容会导致违反 ODR）。

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为什么？

如果这实际上是合法的，那么每次调用以 lambda 作为默认参数的变量模板都会导致唯一特化的实例化：

template<auto l = [](){}>
               // ^^^^^^ - lambda-expression as default argument
constexpr auto default_lambda = l;

static_assert(!std::is_same_v<
    decltype(default_lambda<>),
    decltype(default_lambda<>)>);

GCC (DEMO) 和 Clang (DEMO) 都接受上述程序

如果编译器正确地接受了这个例子，这意味着允许另一种机制来捕获和检索元编程状态，根据CWG open issue 2118，这项技术长期以来被认为是

... 晦涩难懂，应该是格式错误的。

Answer 1

lambda 表达式是合法的默认（非类型模板）参数吗？如果是，这是否意味着使用这种默认参数的每个实例化都会实例化一个唯一的特化？

是的，这意味着给定您的模板变量：

template<auto l = [](){}>
constexpr auto default_lambda = l;

对default_lambda 的每次调用都会通过生成新的唯一闭包类型来生成新的模板实例化，从而提供一种捕获元编程状态的新方法。

因此，每个使用default_lambda 的表达式都必须重新计算。如果自上次实例化以来编译器的状态发生了变化，并且如果我们在依赖表达式中使用它（例如：检查类型是否已定义），则表达式的结果可能会发生变化。 例如：

struct X; // not defined

template <typename T, auto = default_lambda<>>
consteval bool is_defined() {
    if constexpr (requires { T{}; }) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

static_assert(is_defined<X>() == false);

struct X {};
static_assert(is_defined<X>() == true);